内水压力下水工隧洞衬砌与围岩承载特性分析

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1、内水压力下水工隧洞衬砌与岩承载特性分析（贵州丙能电力建设有限公司）摘要：衬砌和围岩作为水工隧道的关键部分，要承担较大的内水压力。木文通过运用轴对称的模型，对衬砌与围岩之间的接触应力进行分析，建立应力的判断标准，对衬砌混凝土开裂前后的的渗透系数进行分析，并且对衬砌围岩的承载力进行分析，设计混凝土最大裂缝宽度的标准，对裂缝的宽度加以控制,运用程序设计，实现对衬砌结构的计算。结果分析，在对衬砌结构进行设计时,最主要的是实现对渗透系数的计算。关键词：水工隧洞；内水压力；联合承载水工隧洞的设计在我国的己经有很长的历史了，而且在发展中也发生了很多的变化，水

2、荷载作用的形式发生了较为显著的变化，围岩和隧洞的衬砌实现了联合的承载。现在，水电事业实现了进一步的发展，特別是抽水蓄电站的发展更为迅速，隧洞的直径越来越大。但是，衬砌结构在焊接和运输方面是存在一定的问题的，而且使用的材料比较多，木文通过对施工技术进行改善，并且通过对经济效益的分析，能够完善新的衬砌。理论计算模型理论模型分析木文在内水压力作用的基础上，建立了衬砌与围岩的联合的承载模型，模型是在混凝土开裂之前，衬砌中的渗水压是均匀的，而且混凝土的开裂能够运用线性函数来表示，围岩中的渗水压力的分布也是有规律的。计算公式在测量围岩渗透半径的基础上，半径

3、用R表示，分析衬砌受到滲透水压作用下产生的变形，计算出衬砌中的应力。在对位移进行测量的基础上，得到轴对称模型的计算公式K=U*Ro衬砌与围岩的联合承载的特征混凝土开裂之前在混凝土还未开裂时，通过对隧洞水力连续方程的分析，能够计算出衬砌表面的渗透水压力。如果混凝上出现了开裂，但是衬砌与围岩还是能够接触在一起的，那么就可以对边界的位移进行分析，建立连续方程，分析衬砌与围岩接触中形成的作用力。如果作用力是大于零的，则说明衬砌与围岩之间是存在压力的，如果作用力小于零，那么说明衬砌为围岩之间具有拉力，如果作用力等于零，则说明衬砌与围岩之前不存在任何形式的

4、力。围岩与衬砌接触产生的作用力与围岩变形的模量存在联系，如果衬砌与围岩之间的渗透系数相差比较大，那么说明作用力为正值，衬砌与围岩之间为接触的状态。如果衬砌与围岩之间的接触系数为0.1吋，书名衬砌的透水性小，围岩的透水性大，作用力为正值。如果衬砌与围岩之间的渗透系数为0.01时，说明作用力在减小，而且由正值转变成负值，衬砌与围岩之间的作用力由压力转化成拉力。如果衬砌与围岩之间的渗透系数为1时，说明衬砌与围岩的渗透系数是相等的，所以，作用力为负值，表明衬砌与围岩之间的作用力是以拉力的形式呈现的。衬砌与围岩之间的渗透系数对作用力产生一定的影响，当作用

5、力为负值吋，表明衬砌与围岩之间的作用力是以拉力的形式呈现的，如果作用力为正值，说明衬砌与围岩之间的作用力是以压力的形式呈现的，当衬砌与围岩之间的滲透系数增大吋，其间的作用力也在增大。如果衬砌与围岩之间不存在粘结力，那么作用力也不存在，这吋能够分析衬砌的外表面与内表面之间的压力大小，对临界点处的作用力进行分析。混凝土开裂后在混凝土开裂后，对临界N进行计算，按照衬砌与围岩的接触面的位移，建立连续方程，当混凝土开裂后，其衬砌内的流水会成线性分布，围岩也能够承受较大的压力，所以，衬砌与围岩之间的接触面积会增大。加入衬砌与围岩之间的作用力为零，那么，在衬

6、砌开裂后，将衬砌与围岩临界点分别赋值0.2、0.4、0.6、0.8进行计算。当衬砌开裂后，如果衬砌为围岩之间的作用力不发生变化，那么随着吋间的增加，临界N会减小，当吋间从1.06增加到1.5时，临界N会降低。如果吋间是相同的，那么，随着渗透系数的增加，临界N会增加。如果渗透系数与吋间相同，此过程与混凝土开裂之前进行比较，则会发现衬砌在发生开裂后,临界N会减小，表明在衬砌出现幵裂后，其透水性更好，隧洞承载水的压力主要是由围岩来承枳，所以村砌与围岩更容易脱节。在对临界水压力进行计算中，首先要计算中衬砌裂缝的宽度，然后再分析岩体的流量。如果在混凝土幵

7、裂后，衬砌承担的水的荷载由钢筋来承担，那么就可以借助裂缝间的流量，分析衬砌与围岩的荷载，建立连续的平衡方程。在这个基础上，能够确定混凝土裂缝的宽度。透水衬砌的设计方法设计流程在对水工隧洞的钢筋混凝土衬砌进行设计的过程中，要按照一定的流程。首先，按照初步设计的衬砌的厚度，分析混凝土强度的基础上，对衬砌开裂的荷载进行计算，然后分析隧洞衬砌开裂的状态，分析隧洞是否能够正常工作，判断透水衬砌的类型。然后分析透水村砌的结构，计算钢筋的面积，建立模型分析钢筋变形的不均匀模型，将衬砌与围岩接触面的粘结强度进行分析。再次，按照实际的内水压力，对临界水压力进行分

8、析，计算衬砌内表面和外表面的水压力分布，分析村砌混凝土最大的裂缝宽度。最后实现对计算结果的审核，如果不满足要求应该及吋更改方案，对上述的步骤重复，直到